強相関電子系の量子臨界点近傍の磁気励起と量子分離の解明

• 研究課題/領域番号: 15340118
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 石田 憲二 京都大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (90243196)
• 研究分担者: 中辻 知 京都大学, 大学院・理学研究科, 講師 (70362431) ; 門野 良典 高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (10194870) ; 髭本 亘 特殊法人日本原子力研究所, 副主任研究員 (90291103)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 16,900千円 (直接経費: 16,900千円); 2004年度: 3,800千円 (直接経費: 3,800千円); 2003年度: 13,100千円 (直接経費: 13,100千円)
• キーワード: 強相関電子系物質 / 重い電子系物質 / 酸化物銅超伝導体 / 核磁気共鳴 / ミュオン共鳴 / 量子臨界点 / ルテニウム酸化物 / メタ磁性 / 磁気励起 / 銅酸化物高温超伝導体 / ストライプ秩序

研究概要

研究期間に扱った問題として(1)乱れの影響を受けていない磁気量子臨界点の振る舞い、(2)ドープによって引き起こされる磁気秩序と超伝導の相分離現象を、微視的測定の核磁気共鳴、ミュオンスピン共鳴の実験から調べた。(1)については(1a)YbRh_2Si_2における磁場誘起量子臨界点近傍と、(1b)Sr_3Ru_2O_7の磁場誘起一次相転移に関係する量子臨界点の磁気励起を調べた。(2)については銅酸化物高温超伝導体La_<2-x>Sr_xCuO_4における磁性と超伝導の関係について調べた。
(1a)磁気量子臨界点近傍に位置する2次元物質YbRh_2Si_2の磁気励起
YbRh_2Si_2の臨界磁場近傍の磁気相関を、μSR測定を用いて調べた。その結果臨界磁場において均一な磁気揺らぎが低温でfreezeするような描像が得られた。
(1b)Ru酸化物Sr_3Ru_2O_7の磁場誘起量子臨界点における磁気励起
Sr_3Ru_2O_7では一次相転移の臨界点が、磁場と試料のなす角θを変化させることによりT=0となった量子臨界点である。この量子臨界点に相当する磁場H_Mにおいて、酸素の核磁気共鳴の実験から、磁気励起がT=0で異常を持つ量子臨界ゆらぎの性質を持つことを明らかにした。また、Sr_3Ru_2O_7とYbRh_2Si_2の比較から一次と二次相転移によって引き起こされる量子臨界点の違いも示した。前者の場合は臨界点の上下で相に変化がないが、後者には相の違いが見られる。
(2)銅酸化物高温超伝導体La_<2-x>Sr_xCuO_4における磁性と超伝導
La_<2-x>Sr_xCuO_4 (LSCO)の磁性と超伝導の臨界濃度(x=0.06)近傍のx=0.07の試料において、磁性と超伝導の関係をミュオン共鳴実験から調べた。その結果(a)磁気相と超伝導相といった相分離が見られないこと、(b)超伝導転移温度(T_c〜17K)以下T_M〜4Kで静的磁気秩序を起こすこと、(c)bulkの性質として超伝導は確認できるものの、磁気秩序状態では90%以上が内部磁場を感じていること、(d)100K以下の温度で、変調を受けた反強磁性相関が発達することを明らかにした。これらの微視的な結果と、中性子散乱実験の結果を考慮し、我々は磁性と超伝導が共存する状態としてストライプ状態を考え、ストライプ構造のミクロな構造を提案した。

研究成果

• [雑誌論文] Possible unconventional superconductivity in Na_xCoO_2・yH_2O probed by muon spin rotation and relaxation (2005)
  • 著者名/発表者名: W.Higemoto, K.Ohishi, A.Koda, S.R.Saha, R.Kadono, K.Ishida, K.Takada, H.Sakurai, E.Takayama-Muromachi, T.Sasaki
  • 雑誌名: Physical Review B 70
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Weak Magnetic Order in Bilayered-Hydrate Na_xCoO_2・yH_2O Structure Probed by Co Nuclear Quadrupole Resonance -Proposed Phase Diagram in Superconducting Na_xCoO_2・yH_2O- (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Ihara, K.Ishida, C.Michioka, M.Kato, K.Yoshimura, K.Takada, T.Sasaki, H.Sakurai, E.Takayama-Muromachi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 74(3) ページ: 867-870
  • NAID: 110001979459
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Magnetic Fluctuations in the Metallic State of Na_<0.7>CoO_2 Revealed by ^<23>Na Nuclear (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Ihara et al.
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 73・11 ページ: 2963-2966
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Novel Phase Separation and Spin Dynamics of Lightly Doped La_<2-x>Sr_2CuO_4 Probed by La-Nuclear Quadrupole Resonance (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Ishida et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 92・25
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Correlation between Superconducting Transition Temperature Tc and Increase of Nuclear Spin-Lattice Relaxation Rate Devided by Temperature 1/T_1T at T_c in the Hydrate Cobaltate Na_xCoO_2・yH_2O (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Ihara et al.
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 73 ページ: 2069-2072
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Novel Phase Separation and Spin Dynamics of Lightly Doped La_<2-x>Sr_2CuO_4 Probed by La-Nuclear Quadrupole Resonance (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Ishida, H.Aya, Y.Tokunaga, H.Kotegawa, Y.Kitaoka, M.Fujita, K.Yamada
  • 雑誌名: Physical Review Letters 92(25)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Correlation between Superconducting Transition Temperature Tc and Increase of Nuclear Spin-Lattice Relaxation Rate Devided by Temperature 1/T_1T at T_c in the Hydrate Cobaltate Na_xCoO_2・yH_2O (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Ihara, K.Ishida, C.Michioka, M.Kato, K.Yoshimura, K.Takada, T.Sasaki, H.Sakura, E.Takayama-Muromachi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 73(8) ページ: 2069-2072
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Magnetic Fluctuations in the Metallic State of Na_<0.7>CoO_2 Revealed by ^<32>Na Nuclear Magnetic Resonance (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Ihara, K.Ishida, C.Michioka, M.Kato, K.Yoshimura, H.Sakurai, E.Takayama-Muromachi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 73(11) ページ: 2963-2966
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Novel Phase Separation and Spin Dynamics of Lightly Doped La_<2-X>Sr_2CuO_4 Probed by La-Nuclear Ouadrupole Resonance (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Ishida et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 92・25
• [雑誌論文] ^<29>Si nuclear spin-lattice relaxation in CePtSi_<1-X>Ge_X near a magnetic instability (2004)
  • 著者名/発表者名: B.L.Young et al.
  • 雑誌名: Physical Review B 70・17
• [雑誌論文] Disorder effects near a magnetic instability in CePtSi_<1-X>Ge_X(x=0,0.1) (2004)
  • 著者名/発表者名: B.L.Young et al.
  • 雑誌名: Physical Review B 70・2
• [雑誌論文] Possible unconventional superconductivity in Na_XCoO_2・yH_2O probed by muon spin (2004)
  • 著者名/発表者名: W.Higemoto et al.
  • 雑誌名: Physical Review B 70
• [雑誌論文] Correlation between Superconducting Transition Temperature Tc and Increase of Nuclear Spin-Lattice Relaxation Rate Devided by Temperature 1/T_1T at T_C in the Hydrate Cobaltate Na_XCoO_2・yH_2O (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Ihara et al.
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 73 ページ: 2069-2072
• [雑誌論文] Unconventional Superconductivity and Nearly Ferromagnetic Spin Fluctuations in Na_xCoO_2・yH_2O (2003)
  • 著者名/発表者名: K.Ishida, Y.Ihara, et al.
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 72 ページ: 3041-3044
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Evolution of Normal-State Magnetic Fluctuations by Ca and Ti Substitutions in Sr_2RuO_4 : ^<87>Sr-NMR Study (2003)
  • 著者名/発表者名: K.Ishida et al.
  • 雑誌名: Physical Review B 67 214412 ページ: 1-6
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Low-Temperature Magnetic Order and Spin Dynamics in YbRh_2Si_2 (2003)
  • 著者名/発表者名: K.Ishida et al.
  • 雑誌名: Physical. Review. B 68・184401 ページ: 1-14
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] μSR and NMR in f-electron non-Fermi liquid materials (2003)
  • 著者名/発表者名: D.E.MacLaughlin, M.S.Rose, B.L.Young, O.O.Bernal, R.H.Heffner, G.D.Morris, K.Ishida, G.J.Nieuwenhuys, J.E.Sonier
  • 雑誌名: Physica B-Condensed Matter 326 ページ: 381-386
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Spin dynamics in a structurally ordered non-Fermi-liquid compound : YbRh_2Si_2 (2003)
  • 著者名/発表者名: K.Ishida, D.E.MacLaughlin, O.O.Bernal, R.H.Heffner, G.J.Nieuwenhuys, O.Trovarelli, C.Geibel, F.Steglich
  • 雑誌名: Physica B 326 ページ: 403-405
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] μSR and low-temperature antiferromagnetism in the ordered non-Fermi-liquid compound YbRh_2Si_2 (2003)
  • 著者名/発表者名: K.Ishida, D.E.MacLaughlin, K.Okamoto, Y.Kawasaki, Y.Kitaoka, G.J.Nieuwenhuys, O.O.Bernal, A.Koda, W.Higemoto, R.Kadono, C.Geibel, F.Steglich
  • 雑誌名: Physica B 329-333 ページ: 589-590
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Low-temperature magnetic order and spin dynamics in YbRh_2Si_2 (2003)
  • 著者名/発表者名: K.Ishida, D.E.MacLaughlin, Ben-Li Young, K.Okamoto, Y.Kawasaki, Y.Kitaoka, G.J.Nieuwenhuys, R.H.Heffner, O.O.Bernal, W.Higemoto, A.Koda, R.Kadono, O.Trovarelli, C.Geibel, F.Steglich
  • 雑誌名: Physical Review B 68
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Evolution of normal-state magnetic fluctuations by Ca and Ti substitutions in Sr_2RuO_4:^<87>Sr NMR study (2003)
  • 著者名/発表者名: K.Ishida, Y.Minami, Y.Kitaoka, S.Nakatsuji, N.Kikugawa, Y.Maeno
  • 雑誌名: Physical Review B 67
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Unconventional Superconductivity and Nearly Ferromagnetic Spin Fluctuations in Na_xCoO_2・yH_2O (2003)
  • 著者名/発表者名: K.Ishida, Y.Ihara, Y.Maeno, C.Michioka, M.Kato, K.Yoshimura, K.Takada, T.Sasaki, H.Sakurai, E.Takayama-Muomachi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 72 ページ: 3041-3044
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] YbRh_2Si_2 : Spin Fluctuations in the Vicinity of a Quantum-Critical Point at Low Magnetic Field (2002)
  • 著者名/発表者名: K.Ishida, K.Okamoto, Y.Kawasaki, Y.Kitaoka, O.Trovarelli, C.Geibel, F.Steglich
  • 雑誌名: Physical Review Letters 89
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Ishida, et al.: "Low-Temperature Magnetic Order and Spin Dynamics in YbRh_2Si_2"Physical.Review.B. 68・184401. 1-14 (2003)
• [文献書誌] K.Ishida, Y.Ihara, et al.: "Unconventional Superconductivity and Nearly Ferromagnetic Spin Fluctuations in Na_xCoO_2・yH_2O"Journal of the Physical Society of Japan. 72. 3041-3044 (2003)
• [文献書誌] K.Ishida, D.E.MacLaughlin, et al.: "μSR and Low-Temperature Antiferromagnetism in the Ordered Non-Fermi-Liquid Compound YbRh_2Si_2"Physica B. 329-333. 589-590 (2003)
• [文献書誌] K.Ishida, et al.: "Evolution of Normal-State Magnetic Fluctuations by Ca and Ti Substitutions in Sr_2RuO_4:^<87>Sr-NMR Study"Physical Review B. 67 214412. 1-6 (2003)
• [文献書誌] K.Ishida, et al.: "Ferromagnetic Correlations in Ca-doped Sr_2RuO_4:^<87>SrNMR Study"Journal of Low Temperature Physics. 131. 1227-1236 (2003)
• [文献書誌] 石田憲二, 藤秀樹, 北岡良雄: "強相関電子系におけるスピン三重項超伝導"固体物理. 38. 179-200 (2003)